JP6467332B2 - Adaptive equalizer and tap coefficient updating method - Google Patents
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Description
本発明は、PON(Passive Optical Network)に備わるOLT(Optical Line Terminal)又はONU(Optical Network Unit)等で使用される適応型等化器に関する。 The present invention relates to an adaptive equalizer used in an OLT (Optical Line Terminal) or ONU (Optical Network Unit) provided in a PON (Passive Optical Network).
適応型等化器において、RDE(Radius Directed Equalization)のタップ係数更新アルゴリズムは、高多値QAM(Quadrature Amplitude Modulation)信号に対し、収束時間が短いメリットを持っている(例えば、非特許文献1参照。)。 In an adaptive equalizer, an RDE (Radius Directed Equalization) tap coefficient update algorithm has an advantage of a short convergence time with respect to a high multilevel QAM (Quadrature Amplitude Modulation) signal (for example, see Non-Patent Document 1). .)
一方で、FIR(Finite Impulse Response)フィルタにおいて、分数間隔のタップ構成は、等化伝達関数の帯域を信号シンボルレートのナイキスト帯域以上に拡大することができるメリットを持っている。このため、分数間隔のタップ構成を有するFIRフィルタを搭載した適応型等化器は、その動作クロックの位相変化に耐力を持つ(例えば、非特許文献2参照。)。 On the other hand, in a FIR (Finite Impulse Response) filter, the fractional interval tap configuration has the advantage that the band of the equalization transfer function can be expanded beyond the Nyquist band of the signal symbol rate. For this reason, an adaptive equalizer equipped with an FIR filter having a fractional interval tap configuration is resistant to the phase change of its operation clock (see, for example, Non-Patent Document 2).
10Gbps以上の高速システムにおいて、非特許文献1の等化技術は、タップ係数更新におけるDSP(Digital Signal Processing)の演算量が大きいため、実現が難しい。
In a high-speed system of 10 Gbps or more, the equalization technique of Non-Patent
本発明は、RDEベースの適応型等化器におけるDSP演算量を減らすことを目的とする。 An object of the present invention is to reduce the amount of DSP calculation in an RDE-based adaptive equalizer.
本発明に係る適応型等化器は、
多値QAMで変調された入力信号の信号損傷を補償する適応型等化器であって、
前記適応型等化器からの出力信号を参照して、それぞれが正又は負の符号のみを持つ実数部および虚数部からなる符号エラーを算出する符号エラー算出部と、
前記入力信号の信号損傷を補償するタップ係数を、前記符号エラーを用いて更新するタップ係数演算部と、
を備える。
An adaptive equalizer according to the present invention includes:
An adaptive equalizer that compensates for signal damage in an input signal modulated with multi-level QAM,
A code error calculating unit that calculates a code error consisting of a real part and an imaginary part each having only a positive or negative sign with reference to an output signal from the adaptive equalizer;
A tap coefficient calculation unit that updates a tap coefficient that compensates for signal damage of the input signal using the code error; and
Is provided.
前記符号エラー算出部は、後述する算出式(1)及び(2)を用いて、前記符号エラーを導出してもよい。 The code error calculation unit may derive the code error using calculation formulas (1) and (2) described later.
前記タップ係数演算部は、前記符号エラーを基に後述する算出式(4)を用いて、更新後の前記タップ係数を算出してもよい。 The tap coefficient calculation unit may calculate the updated tap coefficient using a calculation formula (4) described later based on the code error.
前記入力信号は、多値QAM信号がオーバーサンプリングされた分数間隔のデジタル値を有し、
前記入力信号の信号損傷を補償する構成として、分数間隔のタップ構成を有するFIRフィルタを備え、
前記タップ係数演算部は、分数間隔のタップごとの前記タップ係数を、前記符号エラーを用いて更新してもよい。
The input signal has a digital value of a fractional interval in which a multi-level QAM signal is oversampled,
As a configuration for compensating for the signal damage of the input signal, it comprises a FIR filter having a fractional interval tap configuration,
The tap coefficient calculation unit may update the tap coefficient for each fractionally spaced tap using the code error.
本発明に係るタップ係数更新方法は、
多値QAMで変調された入力信号の信号損傷を補償する適応型等化器が実行するタップ係数更新方法であって、
前記適応型等化器からの出力信号を参照して、それぞれが正又は負の符号のみを持つ実数部および虚数部からなる符号エラーを算出する符号エラー算出手順と、
前記入力信号の信号損傷を補償するタップ係数を、前記符号エラーを用いて更新するタップ係数演算手順と、
を有する。
前記符号エラー算出手順では、後述する算出式(1)及び(2)を用いて、前記符号エラーを導出してもよい。
The tap coefficient updating method according to the present invention includes:
A tap coefficient updating method executed by an adaptive equalizer that compensates for signal damage of a multi-level QAM modulated input signal,
A sign error calculation procedure for calculating a sign error consisting of a real part and an imaginary part each having only a positive or negative sign with reference to an output signal from the adaptive equalizer;
A tap coefficient calculation procedure for updating a tap coefficient that compensates for signal damage of the input signal using the code error; and
Have
In the code error calculation procedure, the code error may be derived using calculation formulas (1) and (2) described later.
本発明によれば、2値で出力する新たな符号エラー算出アルゴリズムを用いるため、RDEベースの適応型等化器におけるDSP演算量を減らすことができる。これにより、本発明は、等化処理における負荷を低減し、高速で信号補償を実現することができる。 According to the present invention, since a new code error calculation algorithm that outputs in binary is used, the DSP calculation amount in the RDE-based adaptive equalizer can be reduced. As a result, the present invention can reduce the load in the equalization processing and realize signal compensation at high speed.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。これらの実施の例は例示に過ぎず、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to embodiment shown below. These embodiments are merely examples, and the present invention can be implemented in various modifications and improvements based on the knowledge of those skilled in the art. In the present specification and drawings, the same reference numerals denote the same components.
RDEのDSP演算量を削減するために、本実施形態は、符号エラー(signed−error)方式をベースにしたタップ係数更新アルゴリズムを提案する。そのアルゴリズムは下記となる。 In order to reduce the DSP calculation amount of RDE, this embodiment proposes a tap coefficient update algorithm based on a signed-error scheme. The algorithm is as follows.
実施形態に係る適応型等化器のエラー関数は次式で表される。
eR(n)及びeI(n)は次式で表される。
ここで、定数Rkは、出力信号y(n)に対して最も近いコンステレーションシンボルの半径を意味する。例えば、入力信号がStar8QAM信号(図2)の場合、異なる半径R1及びR2を持つ2つの円が存在する。この場合、定数Rkは以下である。
数式(1)及び数式(2)の通り、符号エラーe(n)は、+1と−1の正又は負の符号のみを持つ2値のデータである。このため、タップ係数更新におけるDSP演算量を大幅に削減することができる。また、本実施形態に係るエラー関数は複素数で定義されるため、IQ(in−phase and quadrature−phase)信号に対応することができる。したがって、実施形態に係る適応型等化器は、高多値QAM信号を伝送する10Gbps以上の高速システムにおいても用いることができる。特に、分数間隔のタップ構成を有するFIRフィルタを搭載した適応型等化器が、高多値QAM信号を伝送する10Gbps以上の高速システムにおいて搭載可能になる。 As represented by Equation (1) and Equation (2), the sign error e (n) is binary data having only positive or negative signs of +1 and −1. For this reason, the DSP calculation amount in the tap coefficient update can be greatly reduced. Moreover, since the error function according to the present embodiment is defined by complex numbers, it can correspond to IQ (in-phase and quadrature-phase) signals. Therefore, the adaptive equalizer according to the embodiment can also be used in a high-speed system of 10 Gbps or higher that transmits a high-multilevel QAM signal. In particular, an adaptive equalizer equipped with a FIR filter having a fractional interval tap configuration can be installed in a high-speed system of 10 Gbps or more that transmits a high-level multilevel QAM signal.
(実施形態1)
図1は、本実施形態に係る適応型等化器の構成例を示す。本実施形態に係る適応型等化器40は、本実施形態のタップ係数更新アルゴリズムを適用したRDE適応型等化器である。本実施形態に係る適応型等化器40は、タップ係数更新部41と、FIRフィルタ部42と、デシメータ43を備える。タップ係数更新部41は、符号エラー算出部411とタップ係数演算部412の構成を持つ。
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows a configuration example of an adaptive equalizer according to this embodiment. The
入力信号は、受信器のフロントエンド部のADC(Analog−to−Digital Converter)32にて、オーバーサンプリングされる。例えば、入力信号のシンボル周期がTである場合、ADC32は、サンプリングレートK/Tでサンプリングし、アナログ信号をデジタル信号に変換する。これにより、デジタルに変換された信号はT/Kの分数間隔になる。
The input signal is oversampled by an ADC (Analog-to-Digital Converter) 32 at the front end of the receiver. For example, when the symbol period of the input signal is T, the
図示しない複素数変換器は、ADC32から出力されたデジタル信号を、複素数のデジタル信号に変換する。これにより、入力ベクトルx(n)が生成される。
A complex number converter (not shown) converts the digital signal output from the
タップ係数更新部41の符号エラー算出部411は、定数Rkと出力信号y(n)を用いて、前述した数式(1)及び(2)を基に符号エラーe(n)を出力する。
The code
タップ係数演算部412は、得られた符号エラーe(n)と入力ベクトルx(n)から次式のタップ係数更新式を利用し繰り返し演算を行い、タップ係数ベクトルh(n)を更新する。
FIRフィルタ部42は、分数間隔のタップ構成を有する。例えば、FIRフィルタ部42は、遅延器421、積算器422、加算器423を備える。各遅延器421は、入力ベクトルxに含まれる各デジタル信号を、デジタル信号ごとに遅延時間T/Kで遅延させる。各積算器422は、タップ係数更新部41のタップ係数演算部412から入力されたタップ係数h0〜hiを、各遅延器421によって遅延されたデジタル信号と積算する。加算器423は、各積算器422の出力値を加算する。これにより、FIRフィルタ部42は、入力信号を等化する。したがって、適応型等化器40は、入力信号の信号損傷を補償することができる。
The
デシメータ43は、サンプリングレートK/Tでオーバーサンプリングされた入力信号を、シンボルレート1/Tのデジタル信号に戻す。
Decimator 43 returns the input signal oversampled at sampling rate K / T to a digital signal at
数式(1)及び数式(2)の定義の通り、符号エラーe(n)は、+1と−1の正又は負の符号のみを持つ2値のデータである。このため、本実施形態に係る適応型等化器40は、タップ係数更新におけるDSP演算量を大幅に削減することができる。
As defined in Equations (1) and (2), the sign error e (n) is binary data having only positive or negative signs of +1 and -1. For this reason, the
なお、実施形態は、図2に示すStar8QAM信号に限らず、任意の多値QAMに適用することができる。例えば、M−aryのrectangularQAMとstarQAMにも適用することができる。 The embodiment is not limited to the Star8QAM signal shown in FIG. 2, and can be applied to any multilevel QAM. For example, the present invention can be applied to M-ary rectangularQAM and starQAM.
(実施形態2)
図3は、本実施形態に係る通信システムの構成例を示す。本実施形態に係る通信システムは、階層変調をベースにしたPONシステムである。階層変調技術は、階層変調されたQAM信号を用いることで、多値信号をベースにした将来のDSPアクセスシステムと既存のOOK(On−Off Keying)システム間の共存を可能とする(例えば、非特許文献3参照。)。
(Embodiment 2)
FIG. 3 shows a configuration example of a communication system according to the present embodiment. The communication system according to the present embodiment is a PON system based on hierarchical modulation. Hierarchical modulation technology enables coexistence between a future DSP access system based on a multi-level signal and an existing OOK (On-Off Keying) system by using a hierarchically modulated QAM signal (for example, non-coding). (See Patent Document 3).
本実施形態に係る通信システムは、OLT91と複数のONU92がPONで接続される。OLT91は、階層QAM送信器11と、階層QAM受信器12と、を備える。ONU92は、送信器21と、受信器22と、を備える。ONU92#1の受信器22は、QAM信号を受信する。ONU92#2の受信器22は、OOK信号を受信する。
In the communication system according to the present embodiment, the
本実施形態に係るアルゴリズムは、図2に示すようなStar8QAM階層変調をベースにしたPONシステムにおいて、ONU92#1の受信器22に適用することができる。図4に、受信器22の構成の一例を示す。受信器22は、光コヒレント受信器31、ADC32、信号処理部33、PONフレーム処理部34を備える。
The algorithm according to the present embodiment can be applied to the
光コヒレント受信器31は、光分岐部311、光合分波部312、受光部313、π/2光遅延部314及びLO光源315を備える。光コヒレント受信器31は、これらを用いて、受信信号光に含まれるI成分及びQ成分の電気信号をそれぞれ出力する。ここで、受光部313は、バランス受光器であることが好ましい。
The optical coherent receiver 31 includes an optical branching
ADC32は、光コヒレント受信器31から出力されたアナログの電気信号を、デジタル信号に変換する。I成分及びQ成分のデジタル信号は、信号処理部33に入力される。
The
信号処理部33は、複素数変換部331、リング比率演算部332、等化部333、復調部334を備える。等化部333は、実施形態1で説明した適応型等化器40と同様の機能を有する。
The
複素数変換部331は、IQ信号を複素数の複素信号Scに変換し、等化部333に出力する。等化部333は、数式(1)及び(2)を用いて、複素信号Scにおける信号損傷を補償する。
The complex
その際に、リング比率演算部332は、受信フレームの先頭プリアンブルの時間区間に、複素数変換部331から出力された複素信号Scを用いて、階層変調されたQAM信号のR1とR2(つまり、Rk数値)を計算し、等化部333に提供する。あるいは、OLT91の階層QAM送信器11が、2値の論理情報としてRk数値を送信フレームに記載してもよい。この場合、等化部333は、ONU92#1の受信器22に備わるPONフレーム処理部34からRk数値を取得する。
At that time, the ring
本発明は情報通信産業に適用することができる。 The present invention can be applied to the information communication industry.
11:階層QAM送信器
12:階層QAM受信器
21:送信器
22:受信器
31:光コヒレント受信器
311:光分岐部
312:光合分波部
313:受光部
314:π/2光遅延部
315:LO光源
32:ADC
33:信号処理部
331:複素数変換部
332:リング比率演算部
333:等化部
334:復調部
34:PONフレーム処理部
40:適応型等化器
41:タップ係数更新部
411:符号エラー算出部
412:タップ係数演算部
42:FIRフィルタ部
421:遅延器
422:積算器
423:加算器
43:デシメータ
91:OLT
92:ONU
93:光スプリッタ
11: Hierarchical QAM transmitter 12: Hierarchical QAM receiver 21: Transmitter 22: Receiver 31: Optical coherent receiver 311: Optical branching unit 312: Optical multiplexing / demultiplexing unit 313: Light receiving unit 314: π / 2 optical delay unit 315 : LO light source 32: ADC
33: signal processing unit 331: complex number conversion unit 332: ring ratio calculation unit 333: equalization unit 334: demodulation unit 34: PON frame processing unit 40: adaptive equalizer 41: tap coefficient update unit 411: code error calculation unit 412: Tap coefficient calculation unit 42: FIR filter unit 421: Delay unit 422: Accumulator 423: Adder 43: Decimator 91: OLT
92: ONU
93: Optical splitter
Claims (6)
前記適応型等化器からの出力信号を参照して、それぞれが正又は負の符号のみを持つ実数部および虚数部からなる符号エラーを算出する符号エラー算出部と、
前記入力信号の信号損傷を補償するタップ係数を、前記符号エラーを用いて更新するタップ係数演算部と、
を備える適応型等化器。 An adaptive equalizer that compensates for signal damage of an input signal modulated by multilevel QAM (Quadrature Amplitude Modulation),
A code error calculating unit that calculates a code error consisting of a real part and an imaginary part each having only a positive or negative sign with reference to an output signal from the adaptive equalizer;
A tap coefficient calculation unit that updates a tap coefficient that compensates for signal damage of the input signal using the code error; and
An adaptive equalizer comprising:
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の適応型等化器。
The adaptive equalizer according to claim 1, wherein the adaptive equalizer is characterized in that
前記入力信号の信号損傷を補償する構成として、分数間隔のタップ構成を有するFIR(Finite Impulse Response)フィルタを備え、
前記タップ係数演算部は、分数間隔のタップごとの前記タップ係数を、前記符号エラーを用いて更新する、
請求項1から3のいずれかに記載の適応型等化器。 The input signal has a digital value of a fractional interval in which a multi-level QAM signal is oversampled,
As a configuration for compensating for signal damage of the input signal, an FIR (Finite Impulse Response) filter having a fractional interval tap configuration is provided,
The tap coefficient calculation unit updates the tap coefficient for each fractionally spaced tap using the code error.
The adaptive equalizer according to any one of claims 1 to 3.
前記適応型等化器からの出力信号を参照して、それぞれが正又は負の符号のみを持つ実数部および虚数部からなる符号エラーを算出する符号エラー算出手順と、
前記入力信号の信号損傷を補償するタップ係数を、前記符号エラーを用いて更新するタップ係数演算手順と、
を有するタップ係数更新方法。 A tap coefficient updating method executed by an adaptive equalizer that compensates for signal damage of an input signal modulated by multi-level QAM (Quadrature Amplitude Modulation),
A sign error calculation procedure for calculating a sign error consisting of a real part and an imaginary part each having only a positive or negative sign with reference to an output signal from the adaptive equalizer;
A tap coefficient calculation procedure for updating a tap coefficient that compensates for signal damage of the input signal using the code error; and
A tap coefficient updating method.
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